Dise o de Elementos Mec nicos

1.- DATOS DE LA ASIGNATURA
Nombre de la asignatura: Diseño de Elementos Mecánicos
Carrera: Ingeniería Mecatrónica
Clave de la asignatura: MTF-0514
Horas teoría-horas práctica-créditos 2-4–8
2.- HISTORIA DEL PROGRAMA
Lugar y fecha de
elaboración o revisión
Instituto Tecnológico de
Reynosa, del 6 al 10 de
diciembre del 2004.
Participantes
Representante de las
academias de ingeniería
Mecatrónica de los
Institutos Tecnológicos.
Observaciones
(cambios y justificación)
Reunión nacional de
evaluación curricular de la
carrera de Ingeniería
Mecatrónica
Instituto Tecnológico de
Apizaco, de enero a
abril del 2005.
Academia de Ingeniería
Mecatrónica
Análisis y enriquecimiento de
las propuestas de los
programas diseñados en la
reunión nacional de
evaluación
Instituto Tecnológico de
Toluca, del 16 al 20 de
mayo del 2005
Comité de consolidación
de la carrera de
Ingeniería Mecatrónica
Definición de los programas
de estudio de la carrera de
Ingeniería Mecatrónica
3.- UBICACIÓN DE LA ASIGNATURA
a). Relación con otras asignaturas del plan de estudio
Anteriores
Asignaturas
Temas
-Equilibrio de la
Estática
partícula y de
cuerpo rígido
-Centros de
gravedad
-Momentos de
inercia de área
Ciencia e
Ingeniería
de los Materiales
Propiedades
Mecánicas
Mecánica de
materiales
-Esfuerzo y
deformación
- Torsión
- Flexión
-Esfuerzos
combinados
Mecanismos
-Análisis cinemático
de engranes y
trenes de
engranajes rectos
Posteriores
Asignaturas
Temas
Análisis de
- Balanceo de
vibraciones
rotores
Robótica
-Morfología del
Robot
Seminario de
Mecatrónica
-Integración entre
diseño-proyectomanufactura de
sistemas de
ingeniería
b). Aportación de la asignatura al perfil del egresado
Proporcionar los conocimientos generales para el diseño, y selección de
elementos mecánicos existentes, utilizados en dispositivos eléctricos, electrónicos
y de sistemas computacionales.
4.- OBJETIVO(S) GENERAL(ES) DEL CURSO
Diseñará y seleccionará los diferentes elementos mecánicos que utilizan los
dispositivos, eléctricos, electrónicos y de sistemas computacionales
5.- TEMARIO
Unidad
Temas
1
Teoría de fallas.
Subtemas
Introducción.
Modo de fallas.
Factores de concentración de esfuerzos.
Factores de concentración de esfuerzos
por carga cíclica y fatiga.
1.5 Teorías de falla.
1.5.1 Teoría del esfuerzo cortante
máximo (Tresca o Guest).
1.5.2 Teoría de la energía de distorsión
máxima (Von Mises).
1.1
1.2
1.3
1.4
2
Diseño de tornillos,
sujetadores y uniones.
2.1 Sujetadores roscados.( Tornillos y juntas
atornilladas)
2.2 Precarga de pernos y selección de la
tuerca.
2.3 Juntas de empaquetadura.
2.4 Uniones soldadas (análisis de
esfuerzosnormas y códigos de diseño).
3
Engranes.
3.1 Análisis de fuerzas en engranes rectos,
helicoidales, cónicos y sinfín-corona.
3.2 Esfuerzos en dientes.
3.3 Normas y códigos de diseño.
3.4 Aplicaciones de engranes en sistemas.
4
Selección de elementos.
4.1 Tipos de cargas y selección:
4.1.1 Cojinetes.
4.1.2 Coples.
4.1.3 Poleas y bandas.
4.1.4 Cadenas y catarinas.
4.2 Aplicación de cojinetes, coples, poleas,
bandas, cadenas y catarinas en
sistemas.
5
Ejes de transmisión.
5.1
5.2
5.3
5.4
Terminología.
Diseño por carga estática.
Diseño por carga dinámica.
Aplicación de ejes de transmisión en
sistemas.
6.- APRENDIZAJES REQUERIDOS
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Equilibrio de partículas.
Diagramas de cuerpo libre.
Equilibrio de cuerpos rígidos.
Momentos de inercia.
Rozamiento.
Circulo de Mohr.
Vigas.
Esfuerzos normales y cortantes.
Flexión y torsión
Esfuerzos combinados.
Análisis cinemático de engranes rectos, helicoidales, cónicos y sinfín-corona.
7.- SUGERENCIAS DIDÁCTICAS
•
•
•
•
•
•
•
Investigar los temas de la asignatura en diversas fuentes de información.
Utilizar catálogos y manuales industriales, de diferentes fabricantes, con el
propósito de seleccionar elementos mecánicos reales en sus proyectos.
Realizar visitas a industrias y centros de investigación en donde se observe el
diseño, desarrollo e integración de elementos mecánicos, eléctricos y de
sistemas computacionales.
Resolver ejercicios y problemas en clase por equipos.
Realizar modelos a escala que representen sistemas que integren dispositivos
mecánicos, eléctricos, electrónicos y de sistemas computacionales para su
análisis.
Desarrollar proyectos que integren dispositivos mecánicos, eléctricos,
electrónicos y de sistemas computacionales.
Utilizar software para diseñar y seleccionar elementos.
8.- SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN
•
•
•
Reportes
Examen escrito
Exposiciones
9.- UNIDADES DE APRENDIZAJE
Unidad 1: Teoría De Fallas
Objetivo
Educacional
El estudiante
analizará los
conceptos básicos de
fallas en los
elementos de
máquinas así como
los factores que
modifican los
esfuerzos.
Actividades de Aprendizaje
•
•
•
•
•
Definir los conceptos básicos y
generalidades de la teoría de falla.
Explicar los diferentes criterios de falla y su
aplicación.
Resolver problemas de concentración de
esfuerzos.
Analizar los efectos de la carga cíclica en
la concentración de esfuerzos.
Resolver problemas de resistencia a la
fatiga, para cargas fluctuantes, utilizando
las teorías no lineales de Kimmelmann,
Soderberg, etc.
Fuentes de
Información
5
11
12
13
Unidad 2: Diseño De Tornillos, Sujetadores Y Uniones
Objetivo
Educacional
Analizará y diseñará
uniones mecánicas
con elementos
convencionales
(tornillos,
sujetadores y
soldadura, etc.)
Actividades de Aprendizaje
•
•
•
•
Definir y resolver problemas de pretenzado
de pernos
Calcular el par de apriete en el perno
Analizar uniones a tracción con pernos y
juntas, además de uniones sometidas a
cargas dinámicas.
Calcular la resistencia de cordones de
soldadura, sometidos a distintas
solicitaciones, bajo normas UNE, ISO, etc.
Fuentes de
Información
5
11
12
13
15
Unidad 3: Engranes
Objetivo
Educacional
Desarrollará
•
criterios de cálculo,
dimensionamiento y
selección de
engranes para
•
transmisión de
potencia.
•
•
Actividades de Aprendizaje
Realizar un estudio de cargas sobre los
dientes de los engranes, así como de
cargas dinámicas y tensiones en los dientes
de los engranes.
Calcular la resistencia a la flexión, las
tensiones de contacto y la resistencia
superficial en los dientes de un engrane.
Calcular y analizar el rendimiento de un tren
de engranes.
Investigar aplicaciones de engranes en
sistemas.
Fuentes de
Información
5
11
12
13
14
Unidad 4: Selección de Elementos
Objetivo
Educacional
Analizará y
seleccionará con
base a las
especificaciones
técnicas de
manuales, catálogos
de fabricantes y
normas vigentes
diferentes elementos
mecánicos.
Actividades de Aprendizaje
•
•
•
•
Seleccionar un cojinete de acuerdo al tipo
de carga y diseño que se este realizando.
Diseñar y seleccionar elementos de un
acoplamiento para la trasmisión de
potencia.
Utilizar software y manuales en la selección
de: cojinetes, coples, poleas, bandas, así
como cadenas y catarinas.
Investigar aplicaciones de los elementos
seleccionados en sistemas.
Fuentes de
Información
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Unidad 5: Ejes de Transmisión
Objetivo
Educacional
Diseñará ejes de
•
transmisión, para
•
condiciones de carga
estáticas y
dinámicas.
•
•
•
Actividades de Aprendizaje
Diseñar ejes de transmisión.
Calcular los máximos momentos
flexionantes, vertical y horizontal, para
obtener el diámetro del eje.
Obtener el diámetro necesario de un eje
con base en el esfuerzo cortante admisible
para la trasmisión de potencia.
Analizar condiciones de carga cíclica y
fatiga en ejes de transmisión, con el fin de
determinar su vida útil.
Investigar aplicaciones de ejes de
transmisión en sistemas.
Fuentes de
Información
2
3
5
6
7
10
10. FUENTES DE INFORMACIÓN
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
Beer and Johnston, Mecánica Vectorial Para Ingenieros / Estática, Ed. Mc.
Graw Hill
Beer and Johnston, Mecánica Vectorial Para Ingenieros / Dinámica, Ed. Mc.
Graw Hill
Beer And Johnston, Mecánica De Materiales, Ed. Mc. Graw Hill
Manriquez, Transferencia Del Calor, Ed. Limusa
Joseph E, Shigley J. E., Mischke C. R., Diseño en Ingeniería Mecánica, Ed.
Mc. Graw Hill
Norton R. L., Diseño De Maquinaria, Ed. Mc. Graw Hill
Mott, Diseño Maquinas, Ed. Prentice Hall
Gillet, Cinemática De Las Maquinas, Ed. CECSA
Catálogos y Manuales del Fabricante, SKF, GATES, TIMKEN, DODGE, FAG
FALK
Faires, Diseño de Elementos de Maquinas, Ed. CECSA
Berbard J., Hamrock B., Steven R., Elementos De Máquinas, Ed. Mc. Graw
Hill
Spotts M. F., Shoup T. E., Elementos De Máquinas, Ed. Prentice Hall
Deutschaman A., Michels W. J., Wilson C. E., Diseño De Máquinas, Teoría Y
Práctica, Ed. CECSA
Faires V. M., Proyecto De Elementos De Maquinas, Ed. Editorial El Castillo
Normas, A. S. T. M., UNE, ISO
11.- PRÁCTICAS PROPUESTAS
•
•
•
•
Determinar esfuerzos cortantes en diferentes ángulos y puntos.
Determinar las resistencias en uniones soldadas y atornilladas.
Determinar los esfuerzos en roscas de tornillos (fotoelasticidad tridimensional).
Identificación de tipos y partes de cojinetes.